Improvement proposals for replication actions

ZenN 

Nearly Zero energy Neighborhoods

Improvement proposals for  replication actions 

 

D 3.4

 

Publisher  

ZenN – Nearly Zero energy Neighborhoods 

Layout 

IVL Swedish Environmental Research Institute 

Date 

2017‐10‐18 

 

Further information 

ZenN website: http://www.zenn‐fp7.eu/  

 

Disclaimer 

The  research  leading  to  these  results  has  received  funding  from  the  European  Union´s  Seventh  Programme  (FP7/2007‐2013)  for  research,  technological  development  and  demonstration  under  grant agreement 314363. 

Material  reflects  only  the  author’s  views  and European  Union  is  not liable  for  any  use  that  may  be 

made of the information contained therein. 

 

Executive summary 

Making use of available data from monitoring carried out in D 3.3, and information regarding  possible improvement actions and associated additional energy consumption reduction  figures gathered during D 3.1, D 3.4 theoretically analyses the feasibility of improvement  proposals. The results from D 3.4 is oriented towards safe inclusion of viable technologies  developed during the course of the project. 

The tables summaries improvement proposals for each building giving valuable information  for replication actions. As the table shows the experiences is unique for each pilot but some  common features can be seen: 

 



Energy reduction can be achieved by focusing on 

o

Airtight building envelope 

o

A high degree of insulation 

o

Windows with a low U‐value 

o

Efficient ventilation system 

o

Temperature control/thermostats 



The choice and design of the ventilation system is of great importance for the final  energy consumption. A large degree of heat recovery is of importance.  



The use of PV for local energy generation on site has worked well for the pilot  buildings.  

 

 

 

Contents 

Executive summary ...  I

 

List of abbreviations ... 1

 

1

 

Introduction  ... 1

 

2

 

Summary of improvement proposals from D3.1 ... 1

 

2.1

 

Lindängen, Malmö ... 1

 

2.2

 

Eibar, Mogel  ... 3

 

2.3

 

Arlequin 40/50, Grenoble  ... 5

 

2.4

 

Økern, Oslo ... 10

 

3

 

Improvement proposals for replication actions ... 12

 

3.1

 

Lindängen, Malmö ... 12

 

3.2

 

Eibar, Mogel  ... 16

 

3.3

 

Arlequin 40/50, Grenoble  ... 18

 

3.4

 

Økern, Oslo ... 20

 

 

 

List of abbreviations 

BEMS  Building Energy Management System 

DHW  Domestic Hot Water 

EPBD  European Energy Performance of Buildings Directive  ESX  Exhaust and supply air ventilation with heat recovery 

EU  European Union 

FP7  EU's Seventh Framework Programme 

LCC  Lice‐Cycle Costs 

nZEB  Nearly Zero Energy Building 

PE  Primary Energy 

PV  WP 

Photovoltaic  Work Package 

   

1 Introduction 

In  work  package  3  the  objective  has  been  to  study  the  technical  solutions  chosen  in  each  case study for the four city neighbourhoods.  

Deliverable D3.1  presents different retrofitting scenarios for each of the pilot buildings and  chooses  one  scenario  which  presents  how  the  final  retrofitting  will  be  done.    Deliverable  D3.3 presents results from the monitoring, to see how the calculated values corresponds to  real life.  

Making use of available data from monitoring carried out in D 3.3, and information regarding  possible improvement actions and associated additional energy consumption reduction  figures gathered during D 3.1, D 3.4 theoretically analyses the feasibility of improvement  proposals. The results from D 3.4 is oriented towards safe inclusion of viable technologies  developed during the course of the project. 

  

2 Summary of improvement proposals from D3.1 

Deliverable D3.1 gives the full overview of what technical measures the four city  neighbourhoods have implemented and theoretical scenarios for what measures to 

implement if further energy‐ and emission reduction could have been achieved. This chapter  gives a summary of the different scenarios for each city district.  

The different scenarios are explained in short below. 

Scenario 0: Current status  Scenario 1: Proposed actions 

Scenario 2: Improved and implemented actions 

Scenario 3: Best possible solutions

  2.1 Lindängen, Malmö 

Scenario 1 contains the measures described in the project proposal and allocates large resources  on supplementary thermal insulation. ESX‐ventilation is also a key measure in this scenario. 270  solar panels with a total capacity of 72.9 kW distributed in to the roof tops of three buildings into  15 arrays on each building with a total effective collector area of 441 m².  

 

Scenario 2 is partly the result of the collaboration between Trianon and E.On, the district heating  supplier. The package of measures includes low capacity exhaust air heat pumps to assist the  space heating system. This approach aims at limited use of electricity and to apply heat pumps  only for small temperature lifts resulting in efficient use of heat pumps and long service life of  compressors. This scenario has a relatively low electricity use profile, compared to a high 

capacity heat pump, and a relatively high district heat use demand. The same setup for the PV  installation as in scenario 1 is used in this scenario.  

 

Scenario 3 has the lowest total purchased energy use demand. This scenario primarily aims at  ESX ventilation and a heat recovery application for DHW which is not tested in this kind of  application to our knowledge. In this more ambitious scenario additional (compared to S1 and  S2) 240 panels solar PV panels are installed on the roof tops north of high buildings. In total the  capacity is 138 kW and a total effective collector area of 833 m². The total yearly electricity  production is estimated to 126 MWh. 

 

 summarizes measures and calculated energy use results for the different scenarios. Some  measures are common for all scenarios such as the window retrofit and retrofit of pumps, fans  and motors. The difference in total energy performance is only 5.3 kWh/m² between Scenario 1  and 2, but the use of electricity is increased considerably in Scenario 2. 

 

Table 2.1 Summary of measures related to consumption in each scenario and related energy reduction, Lindängen 

Measures  Scenario 1  Scenario 2  Scenario 3 

Building envelope  improvements 

 Supplementary roof  and façade 

insulation 

 Window retrofit   Supplementary insulation  measures is relatively costly 

 Window retrofit 

Supplementary insulation not considered as  façade is in good condition and roof insulation  is relatively good and expensive to address due  to used attic floor area 

Heat recovery   Central ESX  ventilation  Relatively high investment  cost 

 Exhaust air  heat pump  installation –  low capacity  design, only  for space  heating 

 Central ESX  ventilation  

 Central grey  water heat  recovery for  DHW  production 

DHW measure is  chosen partly due to  existing high DHW use   

Individual metering  of DHW use 

Applied in all scenarios   

Saving assumed to reach 20 %  DHW use assumed to  reach level of national  template data  Fixed electrical 

installations 

Installing low energy light fittings in common areas 

Installing of low energy pumps and fans for ventilation, DHW circulation and  heating system 

New elevator motors

  New high performing laundry machines and 

driers for laundry room 

Local RES use (  EPBD energy  included) 

63 257 kWh PV electricity  kWh/year  

(98 % of the PV el. 

production)   

51 614 kWh PV  electricity kWh/year   (80 % of the PV  el.production) 

89 548 kWh electricity  kWh/year  

(71% of the PV  production) 

Total energy 

reduction (%)  49%  53%  69% 

Energy  performance 

(kWh/m² year)  81.5 76.2 49.5

 

Table 2.2 Energy efficency economics, Lindängen 

  Table 2.3 Primary energy and greenhouse gas emissions for each scenario, Lindängen 

  2.2 Eibar, Mogel 

In Scenario 1 a primary energy reduction of 55 % is achieved. Main actions are related to reduce  heat losses through the building envelope applying additional isolation in facades and roofs and  also upgrading the windows with a double glaze solution. The change of windows and an 

adequate execution of the retrofitting works also reduce the air infiltrations in the building. 

Scenario 1 also includes a solar thermal field for supporting the DHW consumption.  

 

The measures in Scenario 2 are focused on further reducing the building heat losses through the  envelope by adding more isolation to the opaque surfaces (roofs, facades and ground floors) and  low‐e double glazing solutions in windows, along with an increment in IAQ by means of local  heat recovery devices. Also an upgrade of existing individual boilers to condensing boilers with  better efficiency is adopted. With this scenario an energy reduction of 66% is expected.  

 

Once the energy demand of the district is reduced in Scenario 2, measures in Scenario 3 are  focused on new energy generation and RES systems that reduce the primary energy needs for  buildings up to an 89%. This set of measures include a new district heating network with a  centralized generation (Biomass boiler + Geothermal Source Heat Pump + Condensive gas boiler)  plus a new photovoltaic solar field. The LCC assessment of the different scenarios indicates that  Scenario 3 reduces the total energy cost in present value in nearly 19% comparing to base  scenario while increasing the total cost in 34%. 

 

Table 2.4 Summary of measures related generation in each scenario and related energy reduction, Eibar 

 

Table 2.5 Energy efficency economics, Eibar 

 

 

Table 2.6 Primary energy and greenhouse gas emissions for each scenario, Eibar 

  2.3 Arlequin 40/50, Grenoble 

For Arlequin 40/50 Scenario 1 correspond to the basic standard of building retrofitting in France  with external thermal insulation and ventilation optimization. 

 

The measures in Scenario 2 are focused on further reducing the building heat losses throught : 

 Air tightness with a target of performance far better than usual one in France for  retrofitting, 

 Correction of all detected thermal bridges related to . singular cases like parapets,  balconies, rooftop equipment, and so on 

 The integration of thermal regulation controlling a 2 ways valve for inddor comfort   condition control in the cas of 50 Arlequin, 

 Optimization of pump electric consumption either for Domestic Hot water distribution  and heating distribution, 

 Adapatation of the ventilation systems to warranty indoor air quality,   

Scenario 3  had the ambition to reduce dramatically DHW energy consumption with heat 

recovery on grey waters dor the Arlequin 40, and substitution of all the windows of the Arlequin  50. 

 

Table 2.7 Summary of measures related to consumption in each scenario and related energy reduction, Arlequin 40/50 

Measures  Scenario 1  Scenario 2  Scenario 3 

  40 Arlequin  50 Arlequin  40 Arlequin 50 Arlequin  40 Arlequin  50 Arlequin  [Measure 

1] 

Insulation of  the building  envelope by  outside 

Insulation of  the building  envelope by  outside 

Substitution the metallic  skeleton  light façade  by a wooden frame 

Insulation of  balconies  and 

reduction of  thermal  bridges 

Implementing  an energy  recovery on  grey waters 

Substitution of  all existing  windows 

[Measure  2] 

Substitution  of windows,  French 

Substitution  of French  windows and 

  Regulation of 

the heating  temperature 

  Single‐flow 

CMV  humidity 

windows and  shutters 

shutters of  living room 

in every  housing 

controlled  type B  [Measure 

3] 

New  distribution  networks  heating and  renovation of  DHW 

distribution 

Insulation of  heat 

networks and  loop of DHW

  Single‐flow 

CMV  humidity  controlled  type A 

   

[Measure  4] 

Single‐flow  CMV  humidity  controlled  type A 

Single‐flow  CMV  humidity  controlled  type B 

       

[Measure  5] 

PV power plant of 100 kWc  PV power plant of 170  kWc 

Implementing  of PV systems  on flat roofs  of 4,4 kWc 

Implementing  of PV systems  on flat roofs of  9,6 kWc  Total 

energy  reduction  (%) 

52  44  58  47  61  51 

Total  energy  reduction  (kWh/m²  year) 

91 (Except  electricity) 

76 (Except  electricity) 

102 (Except  electricity) 

84 (Except  electricity) 

110 (Except  electricity) 

90 (Except  electricity) 

 

Table 2.8 Summary of measures related generation in each scenario and related energy reduction, Arlequin 

 

 

Table 2.9 Energy efficency economics, Arlequin 40   

 

                   

Table 2.10 Energy efficency economics, Arlequin 50 

 

Table 2.11 Primary energy and greenhouse gas emissions for each scenario, Arlequin 40/50 

   

2.4 Økern, Oslo 

Scenario 0: 65% of total delivered energy is electricity from the grid and remaining 35% come  from district heating. The building was old, had problem of leakage, had an inefficient ventilation  system and there for a high energy demand.  

 

Scenario 1: The demand for district heating is now reduced with 57% and the demand for  electricity is reduced with 70%. The total energy demand has a reduction of 64%. 53% of total  delivered energy is electricity from the grid, 40% come from district heating the remaining 7% is  harvested from solar power.  

This is accomplished through several retrofitting actions. The most important are:  

‐ Increasing the thickness of insulation up to the Norwegian passive house level and increasing the  airtightness making the U‐value low  

‐ Installation of balanced ventilation system with heat recovery  

‐ Shift from direct use of electricity for space heating to waterborne system preheated by district  heating  

‐ PV installation on the roof to be partly self‐served with electricity    

Scenario 2: The demand for district heating is now reduced with 71% and the demand for  electricity is reduced with 75%. The total energy demand has a reduction of 73%. 54% of total  delivered energy is electricity from the grid, 33% come from district heating the remaining 13% is  harvested from solar power. This was done through improvements from Scenario 1:  

‐ Reducing thermal bridges and increasing air tightness further  

‐ heat exchanger efficiency  

‐ performance of the demand controlled ventilation  

‐ Increasing the covered PV area also including parts of the facade    

Scenario 3: The demand for district heating is now reduced with 74% and the demand for  electricity is reduced with 84%. The total energy demand has a reduction of 80%. 44% of total  delivered energy is electricity from the grid, 38% come from district heating the remaining 18% is  harvested from solar power.  

Scenario 3 accomplishes a reduction of 80% (compared to Scenario 0) through the same  improvements from Scenario 2, but with lower level of the artificial lighting, average daytime  airflow, increasing the amount of PV and better the U‐value in the walls.

 

Table 2.12 Summary of measures related to consumption in each scenario and related energy reduction, Økern 

 

Table 2.13 Summary of measures related generation in each scenario and related energy reduction, Økern 

 

 

 

Table 2.14 Energy efficency economics, Økern 

   

Table 2.15 Primary energy and greenhouse gas emissions for each scenario, Økern 

 

3 Improvement proposals for replication actions 

3.1 Lindängen, Malmö 

The four residential building blocks included in the Lindängen demo site were retrofitted  through the measures listed in Scenario 2 of Deliverable 3.1 – see chapter Error! Reference 

source not found. above. As described in D3.1, the site struggled with unfortunate starting 

conditions; e.g. the heating and BEMS system was outdated and the façades had relatively  poor insulation. According to the property owner the windows had “reached their technical  life span” before the project (see deliverable 4.3). These prerequisites illustrate the big need  of retrofitting that the buildings were in before the project.  

The comprehensive monitoring program and the monitoring year carried out in Lindängen 

during September 2016 to August 2017 have given many clear insights to the level of success 

and improvement possibilities of the implemented retrofitting actions. The monitoring 

program has allowed extensive insight to the overall energy and environmental performance  and the detailed performance of certain technical installations; due to an energy sub‐

metering system on the installations of one of the high‐rise buildings. The monitoring  program, metering systems as well as the detailed monitoring results and more information  on the data processing are described in further detail in D3.3. General conclusions and  improvement proposals are given in a shorter format below. 

When assessing the monitored data for Lindängen, the retrofitted buildings seem to perform  rather well compared to what was calculated (Scenario 2): 

‐ The final energy demand of the retrofitted buildings is 96.5 kWh/(m²*year), compared to the  simulated 76.2 kWh/(m²*year) and to the baseline with a demand of 161 kWh/(m²*year). 

This means a final energy reduction of 40 % compared to the expected (simulated) 53 %. 

(A reason for the deviation is the individual billing of domestic hot water which was not  possible to implement during the project period. The DHW consumption was 9 

kWh/(m²*year) higher than expected with the fully implemented billing system, which could  imply that the final energy demand will be closer to the simulated after the DHW billing  implementation.) 

‐ The primary energy demand of the retrofitted buildings is 65.5 kWh/(m²*year)¹, compared to  the simulated 71.4 kWh/(m²*year) and the baseline of 97.2 kWh/(m²*year). The demand is  lower than expected due to a higher district heating and lower electricity demand than in the  calculation.  

The primary energy reduction is thus at a higher level than expected, at 33 % compared to  the simulated 27 %. 

‐ The climate impact of the building energy demand is 15.3 g CO2eq/(m²*year) ², compared to  the simulated 13.4 g CO2eq/(m²*year) and the baseline of 24.8 3 g CO2eq/(m²*year). The  climate impact has thus decreased by 38 % compared to the expected 46 %. 

‐ The exhaust air heat pumps have been monitored displaying a COP of 4.1, which is of high  standard³. 

‐ The DHW demand is at 47.1 kWh/(m²*year) compared to the baseline value of 60 

kWh/(m²*year) (see D3.1) even though the individual billing has not been implemented yet. 

This indicates a significant overall effect of the measures performed to increase efficiency in  the district heating deliverance (new heat exchangers, new heat stations etc.). 

‐ The total property electricity demand is lower than expected (12.2 kWh/(m²*year) compared  to 20.5 kWh/(m²*year) in the simulation). One reason is that the exhaust air heat pumps  have consumed less energy than expected. (Despite the good COP, they have therefore also  recovered less heat than expected.) Since the sub‐metering of electricity is only made in one  of the buildings and extrapolated for the full site, any conclusions are uncertain. The sub‐

metering though indicates that especially the lighting electricity use is very low, implying that 

       

1 Calculated through the primary energy factors applied for the site in D3.1 and D3.3. 

2 Calculated through the greenhouse gas emission factors applied for the site in D3.1 and D3.3. 

3 Electricity use and transferred heat have been monitored for the exhaust air heat pumps in one of the high‐

rise buildings. The figures show a very similar performance for all of these three heat pumps, and they are  assumed representative for the normal operation performance for all heat pumps in the other buildings.  

the LED illumination retrofitting measure is very recommendable (see Deliverable 3.3 for  further details). 

‐ The metered generation of PV electricity was higher than expected, 3.5 kWh/(m²*year)  compared to 3.1 kWh/(m²*year) in the simulation. The share of internal use and export to  the grid respectively was according to the expectations (0.7 kWh/(m²*year) were exported  compared to the simulated 0.6 kWh/(m²*year)). Taking into account that the global radiation  on a horizontal surface was 29 % higher in Malmö during the monitoring year than in a  normal year (based on average for 1980 to 2010), a rough estimate (normal‐year correction)  made in D3.3 suggest that the electricity generation could be approximately 2.7 

kWh/(m²*year) during a year of “normal” amount of solar radiation. Overall, the PV solution  though seems to be reliable and deliver what has been expected. Due to a lower total  electricity use for the buildings than according to the simulation, the share of electricity use  supplied by the PV cells is higher than expected. 

‐ The monitoring program has also given a clarified view on the apartment indoor 

temperatures; this study was made for the 3 high‐rise buildings. The average apartment  temperature varied between approximately 21.3 and 21.6 °C during the heating season of  October to April. They therefore seem slightly over‐tempered since the property 

management aims for 21 °C as a continuous average during the heating season. The higher  placed apartments (floor 6‐8) also, without exceptions, had a lower average temperature  than their lower placed equals (floor 2‐5) for all the apartment categories studied (gable  apartments, single‐sided and double‐sided). These data illustrates the general difficulties to  adjust the heating system but gives also a better material for making further improvements  than what was available before the project. 

In an economical perspective, it could be concluded that many energy retrofitting measures that  were excluded from the project have not proved to be economically justifiable. Facade 

renovation and ESX ventilation was considered to have high investment amounts and was not  justifiable due to this and due to a too high disturbance for residents. Also, solutions for heat  recovery in separated grey water was not been found to be economically viable.  

The exhaust air heat pump solution was considered a cost‐effective measure and was included in  the renovation measures. The solution displays a somewhat dissonant relation between 

economy and primary energy efficiency. Despite the high monitored COP of the heat pump  solution in Lindängen, the solution in itself contributes to a (marginally) increased primary  energy use

 when applying the primary energy factors determined for the site within D3.1,

  despite the decrease of final energy demand. The primary energy factors are 0.45 for district  heating and 2.26 for electricity. Based on these, the heat pumps must save approximately a 5  times higher amount of district heating than the electricity amount they consume for 

contributing to primary energy savings. The COP of 4 means that the heat pumps are rather  close to achieving this, but still contributes to a (marginally) increased primary energy  consumption. I.e., if the same amount of heat that is recovered by the heat pumps would  instead have been delivered from the district heating grid, this would have resulted in a slightly  lower primary energy consumption. 

Improvement proposals for replication actions for Lindängen is presented by 

Table 3.1  Improvement proposals for replication actions, Lindängen

. 

   

 

Table 3.1 Improvement proposals for replication actions, Lindängen 

Proposals for replication actions   Improvement proposals based  on experiences from D3.1/D3.3 

Reason 

If applying an exhaust air heat  pump heat recovery solution, the  scale and efficiency of the  Lindängen installation have  enabled a rather balanced  solution in terms of a significant  final energy decrease at the cost  of a marginal primary energy  increase. Since both significant  final and primary energy savings  have been achieved overall (see  the total reduction figures in  summary above), a balanced total  solution in both perspectives  could be reached even when  applying the heat pumps. 

In the sole primary energy  perspective, the exhaust air heat  pump solution is not 

recommendable in today’s  conditions. If being able to reach  a COP of approximately 5 and,  for example, also ensuring a  complete local renewable energy  supply for the pumps, there  would be a definite increase in  the environmental reliability of  the solution. 

A COP of 5 means an  approximately neutral  effect of the heat pumps in  a primary energy 

perspective (based on the  determined primary energy  factors, see the further  explanations above the  table), which would make it  justifiable in this 

perspective. With also a  purely renewable energy  supply, a reliability  improvement should also  be reached in the climate  perspective. 

The performed property  electricity retrofitting measures  have improved the building  energy performance more than  according to the simulation. The  sub‐metering system indicates  that especially the lighting  electricity use is very low. 

The higher level of success  compared to calculation implies  that the property electricity  measures are recommendable  and that it is difficult to evaluate  if further improvements are likely  for this type of buildings. 

‐ 

PV plants as installed in Lindängen  seem to be reliable in terms of  conformity between the expected  and achieved energy generation. 

The metered PV electricity  generation was even higher than  in the calculations. The normal‐

year correction indicates that the  generation could be somewhat  lower a normal year but still in  line with what has been 

expected. Approximately 20 % of  the PV electricity generated  during the year was exported to  the grid. For a better pure self‐

supplying system, there is  therefore room for 

improvements, such as local  energy storages, utilization also 

Local energy storage or  better local utilization of the  excessive electricity should  be assessed and tried  furtherly for similar cases,  e.g. for avoiding 

disturbances on the  electricity grid that can be  caused by small‐scale PV  electricity export. 

for household electricity or  further types of local utilization  of the excessive electricity.  

The achieved DHW demand of  47.1 kWh per m² and year 

compared to the baseline value of  60 kWh per m² and year (see  D3.3) indicates an effect of the  overall district heating 

deliverance measures (new heat  exchangers, new heat stations  etc.). Since the individual billing of  DHW has not been implemented  yet, reductions compared to the  baseline value should be mostly  due to these system 

improvements. 

It is difficult to evaluate the  success and improvement  possibilities of the overall DHW  measures furtherly since the  individual billing system was not  implemented during the project  time. 

‐ 

The indoor temperature metering  data gives a clear view of the  heating system adjustment needs. 

It has given a good underlay for  detecting inequality of 

temperatures between the  different categories of  apartments. 

It is difficult to tell whether the  meters are completely 

representative for the whole  apartments (although the rather  trends detected between the  different categories improve the  general reliability). For a more  ensured view, several meters  should be installed per  apartment.  

The temperatures could be  significantly variable in the  apartments, and any errors  of nearby heat sources to  the meters could not be  detected with this one‐

meter‐per‐apartment  system. 

The sub‐metering system of  property electricity has given a  good overview of the 

performance of the technical  installations. Malfunctions in the  system are very simple to detect if  making a continuous follow‐up of  the data. Also, the general  performance could easily be  compared with expected values  on e.g. a yearly basis. 

The sub‐metering system has  only been implemented in one of  the high‐rise buildings. For a  more assured overview and  monitoring of performance of all  of the buildings, the same  detailed metering system should  have to be installed in all. 

Operation malfunctioning is  not as easy to detect and  assess in detail in the  buildings without the sub‐

metering system. The  possibility to assess the  performance quality of each  installation is also simplified  with sub‐metering and  comparisons between all  buildings.  

 

3.2 Eibar, Mogel 

The district of Mogel, retrofitted under the scenario ,   is composed of residential 21 buildings   built  in 1949  and located in the municipality of Eibar(Spain).  These  type of budilings fall under  the category of ”housing for industrial workers”, and were usually constructions promoted by an  industrial company. 

 

Industrial development has been one of the key drivers in the creation of urban morphology in  the  Basque  Country.  This  important  development  took  place  in  a  very  short  time  to  accommodate the immigrant population from the 40's and 50's until the 60's, originated a  construction of low quality and with important problems of accessibility in the building. Current  tenants of these areas   are usually or either the relatives of the innitial owners or or   more 

vulnerable  social groups (this one, depending on the location and the conservation status on the  building) 

Usually these buildings do not present any thermal insulation, are leaky constructions  and lack  mechanical ventilation and any centralized HVAC systems, as it is the case of Mogel. 

With poor envelope and lack of mechanical ventilation, the major uses of energy in Mogel were  related with space heating and domestic hot water production, which is mainly supplied by  individual gas boilers . On the other hand, accesibillity to the dwellings represented a social  issue, since there are 4 story buildings with no lift.  

The retrofitting measures of scneario 1 that have been implemented in Mogel include the 

 insulation of the building façade with an ETHI solution of 12cm EPS and  roof with 20 cm  of mineral wool; 

 the replacement  of old  windows to double pane low‐E windows,  

 the installation of a hot water production system by means of solar panels with central  storage system, 

 the installation of elevators in the buildings and the replacement of common areas  lighting to LED luminiares. 

The expected energy saving with  the application of scenario 1 were 47% when referred to final  energy and 54% when referred to primary energy. Estimations were based on energy simulation  of preintervention status and post‐intervention taking inconsideration user behavior patterns. 

Monitored data has shown that the average energy use is above from waht was exepected. Main  desviation is due to space heating, which specific energy  consumption is  66 KWh/m2.year,  where expected was 47KWh/m2.year. It is worth noting that there is a huge dispersion in  dwellings real  values of energy use for space heating, and it is mainly related with  the user  behavior and operation of the individual boilers.  

 Two dwellings out of the 10 monitored do not or semdonly use space heating, being winter time  average indoor temperatures of around 16.5ºC. On the other hand, from the ones that are space  conditioned, there are three which average indoor temperatures are above 20ºC,.which specific   space heating consumption is above 90 KWh/m2.year. Taking into  consideration (1) the space  heating energy use is much higher. Taking in consideration (1)the energy consuming paterns and  indoor comfort conditions  of the monitored dwellings sample, (2) building tenants vulnerability   and (3) construction characteristics of  similar buildings in that area, the recomendation for  future retrofitting projects of buildings of these type will be  to prioritize envelope integral  solutions, paying special attention to the execution , then act on the systems performance and  finally on the RES. 

 

Improvement proposals for replication actions for Eibar is presented by 

Table 3.2

. 

Table 3.2 Improvement proposals for replication actions, Eibar 

Proposals for replication actions   Improvement proposals based  on experiences from D3.1/D3.3 

Reason 

Promote/encourage  the  substitution of poor  windows  although it  is an individual  actuation 

Higher space energy use for  dwellings with old windows.  

Poor thermal transmittance  and leaky windows lead to  increase the space heating  needs because of the low  surface temperatures of the  glazing’s and higher 

infiltration rates. 

Integral retrofitiing of building  envelope 

Waranty insulation continuity  and air tightness  in the whole  building envelope, specially in  window /façade joints. 

The joint of the 

façade/window is one of  the weak points of the  façade and lead to  unwanted external air  infiltrations.  

Airtight shutter/roller boxes   Ensure the well execution of  roller boxes, plugs or any wire  coming from the façade 

These are generally weak  points related with  airtightness    Ensure insulation is warantied 

between conditioned and non‐

conditoned spaces 

  In order to reduce any 

thermal losses between  roof/ceiling slabs and  ground/floor slab. 

Ensure insulation continuity in  thermal bridges(balconies) and  any recessing surfaces 

IR thermography has shown that  these are areas that need further  analysed   

 

Promote the substitution of  existing boilers for condensing  boilers 

  In order to improve the 

performance ratio. 

Recommend the installation of  thermostats  

In order to warranty a stable  indoor comfort temperature and  this not surpassed. 

Any additional ºC of space  heating increases sharply  the space heating energy  use. 

Optimize solar thermal panels  function mode and commisioing 

Panels performance is far from  what was expected. 

A better performance cab  be achieved with the  primary circuits set points. 

 

3.3 Arlequin 40/50, Grenoble 

ARLEQUIN 40 and ARLEQUIN 50 are retrofitted with the measures listed in scenario 2 (D3.1). The  buildings were old, had problem of thermal insulation and air leakage inducing a high level of  discomfort for inhabitants. 

 

The retrofitting actions as described in chapter 2.4 with distinction for ARLEQUIN 40 and  ARLEQUIN 50. The most important are:  

 Air tightness with a target of performance far better than usual one in France for  retrofitting, 

 External thermal insulation with correction of all detected thermal bridges related to .  singular cases like parapets, balconies, rooftop equipment, and so on 

 The integration of thermal regulation controlling a 2 ways valve for inddor comfort   condition control in the cas of 50 Arlequin, 

 Optimization of pump electric consumption either for Domestic Hot water distribution  and heating distribution, 

 Adapatation of the ventilation systems  to warranty  indoor air quality  and  energy  efficiency, 

 PV installation on the roof of the parking lot,   

When  looking  at  the  monitored  data  and  inhabitants  feedback(D  3.3)  the  buildings  are  performant with some troublesalready solved to be solved : 

‐ The PV installation on the parking lot delivers what expected but a manufacturing 

problem has forced GEG to substitutes the panels to ensure next year energy production,  

‐ For the 50 ARLEQUIN, the energy savings related to more efficient building envelope has  not been  as large as expected. A technical problem on temperature sensor 

communication has been detected, wich leads us to keep  indoor temperature setting  value constant  up tu 22°C  during the first winter. Such a decision has been made to  compensate noise and disturbance due to retrofitting works, for the on‐site inhabitants. 

Nevertheless, the heating consumption has been lower than expected initially in the  frame of teh project before ZenN optimization inputs. 

The monitored data (D 3.3) show the actual efficiency of enveloppe thermal insulation and air  tightness optimisation. For example, the 50 ARLEQUIN building retrofitting project had a target  of  69  kWh/m².year  before  ZenN  optimization  inputs,  and  has  been  monitoring  at  52.6  kWh/m².year taking into account wetaher correction. 

 

Improvement proposals for replication actions for Arlequin 40/50 is presented by Table 3.3. 

Table 3.3 Improvement proposals for replication actions, Arlequin 40/50 

Proposals for replication actions   Improvement proposals based  on experiences from D3.1/D3.3 

Reason 

Renovation of building envelope  with a large emphasis on energy  efficiency and detail correction  (Thermal bridges) thank to a  thermal bridge reference book to  be considered for any new  retrofitting operation. 

The buildings were renovated  according to the French Low  Consumption retrofitting  standard. The requirements to  reach a higher level of 

performances lead to focus on  reduction of thermal bridges  resulting in better U‐values in  walls, and roofs. 

The engineering firms do  not consider thermal  bridges impact when energy  performances are 

estimated. 

It has been demonstrated  that the thermal bridges  could induce an increasing  of the heating demand up  to 50%. Moreover, for some  cases, the thermal bridges  can be responsible for  moisture development in  the apartment. 

Air tightness improvement  process 

The usual value for air tightness  according to the French Low  Consumption retrofitting  standard has not been  considered as sufficiently 

The French standard Q4 in  m3/h/.m² is not the most  adapted to control correctly  the quality of air tightness. 

It is possible to get better 

ambitious. A target at level of Q4  

< 1.1 m3/h/.m² (French standard)  has been chosen but only an  average maximal  value wad  specified  for the tested  apartment. 

A maximal value for each test  with the European indicator N50  in ACH will be specified for any  new retrofitting operation.  

result by choosing a flat  with a high rate of walls and  ceiling in contact with the  outdoor. The European  standard will be specified to  get a reliable air tightness  indicator whatever is the  location of the flat in the  building. 

Indoor thermal regulation  The control of indoor 

temperature has been improved  for the building ARLEQUIN 50  with a 2 ways valve controlled by  temperature sensors located in  the living room. It has allowed to  reduce overheating during winter  time and to reduce heating  energy consumption. 

A monitoring campaign in  Lyon of a 55 flats social  housing retrofitted building  has shown the efficiency of  such a technical solution. A  reduction of 20% of heating  energy consumption has  been measured with 2 ways  valve controlled by 

temperature sensors  located in the living room  compare to usual 

thermostatic valves  mounted on the heater. 

Auxiliary pump optimisation  As heating demands has been  dramatically reduced thanks to  thermal insulation, specific  electric consumption can reach  an high part of global energy  balance of buildings. 

Consequently, the circulation   pump control strategies should  be optimized, if possible with  integration of storage capacity to  allow pump stopping 

Building monitoring 

campaigns have proven that  auxiliary pumps could reach  more than 20 

kWhEp/m².year if they are  not controlled in a correct  way for heating and DHW. 

With adaptation of  hydraulic architecture and  control strategies, such  energy consumption can be  dramatically reduced. 

Installation of ventilation system  with minimal controlled air flow 

The installed ventilation  equipments ensure minimal air  flow in dwellings to warranty  indoor air quality (hygrometric A  instead of usual Hygrometric B  according to French standard).  

The CO2 rate can reach up  to 2000 ppm in a case of  Hygrometric B ventilation  system in dwelling, because  of too low air flows. Only  Hygrometric A ventilation  system show a good  compromise between air  quality and energy  efficiency. 

3.4 Økern, Oslo 

 

Økern nursing home is retrofitted with the measures listed in scenario 1 (D3.1). The building was  old, had problem of leakage, had an inefficient ventilation system and therefore a high energy 

demand. 64% reduction of total energy demand is achieved from Scenario 0 to Scenario 1. This is  accomplished through several retrofitting actions as described in chapter 2.4. The most 

important are:  

‐ Increasing the thickness of insulation up to the Norwegian passive house level and increasing the  airtightness making the U‐value low  

‐ Installation of balanced ventilation system with heat recovery  

‐ Shift from direct use of electricity for space heating to waterborne system preheated by district  heating  

‐ PV installation on the roof to be partly self‐served with electricity    

When looking at the monitored data (D 3.3) the building seam to perform very well compared to  what was calculated (Scenario 1): 

‐ The PV installation delivers what expected and proves to be a good alternative to  traditionally energy systems.  

‐ The energy savings related to more efficient building envelope and balanced ventilation  system are large 

‐ The shift from direct use of electricity for space heating to waterborne system connected  to the district heating works fine 

 

Going beyond Scenario 1, a total energy demand reduction of 73% (compared to Scenario 0) was  accomplished in Scenario 2. Scenario 3 accomplishes a reduction of 80% (compared to Scenario  0). 

 

Looking at the economical evaluation the general impression is that reducing energy through the  mentioned improvements gives fairly similar life cycle costs. The three scenarios have quite  comparable life cycle costs, but scenario 2 and 3 seems to be a bit more profitable. However, the  energy measures in scenario 2 and 3 have a higher risk for deviations between calculated and  real energy performance, and unforeseen costs. Even so, this means that reducing energy is  sustainable, not only in environmental terms, but also economically. 

Improvement proposals for replication actions for Økern is presented by 

Table 3.4

. 

Table 3.4 Improvement proposals for replication actions, Økern 

Proposals for replication actions   Improvement proposals based  on experiences from D3.1/D3.3 

Reason 

A large share of electricity  consumption can be covered by  locally produced energy 

The walls can be used (together  with the roof as was done in  Scenario 1) to get a larger area of  PV panels installation (this was  presented by numbers in   Scenario 2 and 3).  

The installation of PV panels  for energy production has  proved to be successful and  also economical beneficial  according to the LCC 

analysis of Scenario 2 and 3. 

Renovation of building envelope  with a large emphasis on energy  efficiency   

The building was renovated up to  the Norwegian Passive House  level. Although the requirements  was high, there could have been 

Renovating buildings up to  the Norwegian passive  house level results in an  increased level of insulation 

larger focus on reduction of  thermal bridges and increased air  tightness (Sc 2 and 3), resulting in  better U‐values in walls.  

and large emphasis on air  tightness. This makes a  large difference when the  starting point is a building  from the 1970's (Økern was  built in 1975). The resulting  building envelope ended up  as a very efficient building,  but some more energy  reduction would have been  possible if the requirements  on energy efficiency were  stricter. 

Installation of balanced  ventilation system with heat  recovery 

The installed ventilation  equipment had 80% heat  recovery. The heat exchanger  efficiency can be increased  further by technical equipment  chosen as basis for calculations in  Scenario 2.    

Balanced ventilation with  80% heat recovery is a  common and settled  technology and more  progressive heat exchanger  technology can be found at  the market to increase the  energy efficiency further.